Este documento describe un laboratorio sobre filtros activos realizado por estudiantes de ingeniería electrónica. Presenta los objetivos, fundamentos teóricos, materiales y procedimientos para el diseño e implementación de diferentes tipos de filtros activos como pasa bajas, pasa altas, rechaza banda y pasa banda utilizando amplificadores operacionales. Los estudiantes diseñan y simulan filtros para luego medir sus respuestas en frecuencia y graficar las ganancias obtenidas.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CONO SUR
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA
LABORATORIO 3: FILTROS ACTIVOS
CURSO: Circuitos Electrónicos 2
EXPERIMENTO Nº 3
ALUMNO :
ROQUE GONZALES, ELVIS JOEL
CODIGO : 2008100024
PROFESOR : Dall’orto Gates
SEMESTRE ACADEMICO : 2012-2
NOTA :
Práctica de Laboratorio 3
FILTROS ACTIVOS

2. Objetivos:
- Analizar los filtros activos
- Diseñar redes activas
Fundamento teórico:
Un filtro activo es un filtro electrónico analógico distinguido por el uso de uno o más
componentes activos (que proporcionan una cierta forma de amplificación de energía), que lo
diferencian de los filtros pasivos que solamente usan componentes pasivos. Típicamente este
elemento activo puede ser un tubo de vacío, un transistor o un amplificador operacional.
Un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la
señal de entrada. En su implementación se combinan elementos activos y pasivos, siendo
frecuente el uso de amplificadores operacionales, que permite obtener resonancia y un
elevado factor Q sin el empleo de bobinas.
Se pueden implementar, entre otros, filtros pasa bajo, paso alto, paso banda.
Filtros pasa baja:
Un filtro paso bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias
más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y
dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las
frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que
permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus
funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que
consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.
Filtros pasa alta:
Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se
atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso
pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que
dependerá del diseño y de la aplicación.
El filtro paso alto es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en
la resistencia.
Si se estudia este circuito (con componentes marcianos) para frecuencias muy bajas, en
continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta como un circuito abierto, por lo
que no dejará pasar la corriente a la resistencia, y su diferencia de tensión será cero. Para una
frecuencia muy alta, idealmente infinita, el condensador se comportará como un circuito cerrado,
es decir, como si no estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la misma
tensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal. Por otra parte, el desfase
entre la señal de entrada y la de salida sí que varía, como puede verse en la imagen.
Filtros rechaza banda:

3. El filtro suprime banda, también conocido como «filto elimina banda», «filtro notch», «filtro
trampa» o «filtro de rechazo de banda» es un filtro electrónico que no permite el paso de señales
cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias de corte superior e inferior.
Filtros pasa banda:
Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de
frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.
Tipos de filtros:
Filtro Butterworth:
El filtro de Butterworth es uno de los filtros electrónicos más básicos, diseñado para producir la
respuesta más plana que sea posible hasta la frecuencia de corte. En otras palabras, la salida se
mantiene constante casi hasta la frecuencia de corte, luego disminuye a razón de 20n dB por
década (ó ~6n dB por octava), donde n es el número de polos del filtro.
Filtro Chebyshev:
Con los filtros de Chebyshev se consigue una caída de la respuesta en frecuencia más
pronunciada en frecuencias bajas debido a que permiten rizado en alguna de sus bandas (paso
o rechazo). A diferencia del Filtro de Butterworth donde los polos se distribuyen sobre una
circunferencia, los polos del filtro Chebyshev lo hacen sobre una elipse; sus ceros se encuentran
en el eje imaginario.
Materiales y equipos:

4. - 1 OPAMP 741, LM324 (Cuádruple OPAMPS) LM741
- 4 Resistencia 1K ohm
- 1 Resistencia 1.2K ohm
- 4 Resistencia 1.5K ohm
- 1 Resistencia 3.3K ohm
- 1 Resistencia 22K ohm
- 1 Resistencia 68K ohm
- 1 Resistencia 82K ohm
- 1 Resistencia 330K ohm
- 1 Resistencia 820K ohm
- 4 Capacitor 1nF
- 1 Capacitor 1.5nF
- 1 Capacitor 0.03uF
- 1 Capacitor 0.047uF
- 1 Capacitor 0.2uF
- 2 Capacitor 0.33uF
- 1 Capacitor 0.56uF
- 1 Generador de funciones
- 1 Protoboard
- 1 Multímetro
- 1 Osciloscopio
- 1 Fuente de alimentación de 0 a 30V
Procedimiento:

5. - Diseñe un filtro activo pasa bajo de primer orden con ganancia en DC de 5 y
frecuencia de corte de 500 Hz.
Luego impleméntele y complete la tabla y graficar ganancia vs frecuencia.
Use simulación e implementación.
Desarrollo del laboratorio:

6. Asumiendo :
Valores en Proteus:
f 100Hz 200Hz 300Hz 400Hz 500Hz 1Khz 2Khz 10Khz
1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V
0.226 0.212 0.198 0.170 0.156 0.099 0.042 0
0.452 0.424 0.396 0.34 0.312 0.198 0.084 0
Valores implementados:
f 100Hz 200Hz 300Hz 400Hz 500Hz 1Khz 2Khz 10Khz
1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V
0.212 0.212 0.184 0.170 0.156 0.085 0.042 0
0.424 0.424 0.368 0.34 0.312 0.17 0.084 0
Gràfica G vs f

7. Circuito 2: FILTRO ACTIVO pasa alto de primer orden:
- Encontrar la función de transferencia del circuito de la figura
- Hallar la ganancia en DC
- Hallar la frecuencia de corte .
Ganancia en DC =
Función de transferencia:
Frecuencia de corte:

8. - Diseñar el filtro activo de primera orden pasa alta de la figura con ganancia en DC de 5 y
frecuencia de corte de 1KHZ.
Simular e implementar el circuito y completar las tablas.
Desarrollo del laboratorio:
Considerando una ganancia en DC de 5, y una ganancia de 3dB para 1Khz de
frecuencia:
Para C = 0.75nF:
f 100Hz 200Hz 300Hz 400Hz 500Hz 1Khz 2Khz 10Khz
1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V
0.07 0.156 0.226 0.297 0.368 0.707 1.273 2.361
0.14 0.312 0.452 0.594 0.736 1.414 2.546 4.722
f 100Hz 200Hz 300Hz 400Hz 500Hz 1Khz 2Khz 10Khz
1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V
0.099 0.212 0.325 0.424 0.523 1 1.64 2.418
0.198 0.424 0.65 0.848 1.046 1 3.28 4.836

9. Gráfica Ganancia vs Frecuencia

10. Circuito 3:
Diseñar e implementar un filtro activo Butterwotth pasa bajo con las siguientes especificaciones:
Desarrollo del laboratorio:
- Hallando número de polos del filtro Butterwotth
Factor de escala:
Se asume R = 1K ohmio:
f 100Hz 200Hz 300Hz 400Hz 500Hz 1Khz 2Khz 5Khz 10Khz 50Khz
1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V 1V
0.495 0.495 0.495 0.509 0.509 0.396 0.07 0 0 0
0.99 0.99 0.99 1.018 1.018 0.792 0.14 0 0 0

11. Ganancia vs Frecuencia

12. Circuito 4:
Diseñar un filtro Chebyshev o Butterworth pasa banda con las siguientes especificaciones. El
filtro a utilizar es el que tenga menos componentes.
Si escoge filtro Chebyshev utilizar un rizo de 1 dB
Utilizar valores razonables de capacitores y resistores.
Encontrando orden de filtro:
Se elige el Filtro Chebyshev puesto que tiene menos componentes
Para un rizo de 1 dB

13. Etapa pasa alta:
Asumiendo C = 1nF
Factor de escala:
Se asume R = 1K ohmio:
Etapa pasa baja:
Asumiendo R = 1.5K ohmios

14. Circuito pasabanda:
1
U?(V-)
R2
LM(V-)
P1 U?
LM
4
5
3.3k
4
5 C5
0.33uF
2
2 P4 P5 P6 6
V2 C2 C3 C4 6 3
3 1.5k 1.5k
7
1
1nF 1nF 1nF 1.5k
LM741
7
1
LM741
C6 C7
P2 P3 1.5nF
47nF
22k 820k
U?(V+)
LM(V+)

15. 5. Conclusiones:
- Un filtro eléctrico o filtro electrónico es un elemento que discrimina una
determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través
de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase.
- La forma de comportarse de un filtro se describe por su función de transferencia. Ésta
determina la forma en que la señal aplicada cambia en amplitud y en fase al atravesar el
filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos filtros habituales son:
Filtro Butterworth, Filtro de Chebyshev, Filtro de Cauer y filtro de Besser.
- Un filtro pasa bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las
frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas.
- Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia
se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas
incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término
relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.
- Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango
de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.
- El filtro suprime banda, también conocido como «filtro elimina banda», «filtro notch»,
«filtro trampa» o «filtro de rechazo de banda» es un filtro electrónico que no permite el
paso de señales cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias
de corte superior e inferior.
- El filtro de Butterworth es uno de los filtros electrónicos más básicos, diseñado para
producir la respuesta más plana que sea posible hasta la frecuencia de corte. En otras
palabras, la salida se mantiene constante casi hasta la frecuencia de corte, luego
disminuye a razón de 20n dB por década (ó ~6n dB por octava), donde n es el número
de polos del filtro.
- Con los filtros de Chebyshev se consigue una caída de la respuesta en frecuencia más
pronunciada en frecuencias bajas debido a que permiten rizado en alguna de sus
bandas (paso o rechazo). A diferencia del Filtro de Butterworth donde los polos se
distribuyen sobre una circunferencia, los polos del filtro Chebyshev lo hacen sobre una
elipse; sus ceros se encuentran en el eje imaginario.

16. 6. Observaciones:
- Los resultados prácticos de los ejercicios de laboratorio varían debido a que los
componentes electrónicos utilizados son aproximados al valor comercial disponible de
los valores teóricos.
- Existe un margen de error por el uso inadecuado de los instrumentos de laboratorio lo
cual acarrea variaciones significativas.
- Se deben calibrar correctamente los equipos de laboratorio (osciloscopio, multímetro,
generadores de señal, fuentes de alimentación) para que no generar variaciones en las
mediciones.
- Los instrumentos de laboratorio deben estar en mantenimiento constante y estar en
condiciones optimas al momento de manipularlas.